Ein Leitungssystem ist ein Gerät, oder die Gruppe von Geräten hat gepflegt, ein Schiff, Flugzeug, Rakete, Rakete, Satelliten oder anderes Handwerk zu befahren. Gewöhnlich bezieht sich das auf ein System, das ohne direkte oder dauernde menschliche Kontrolle schifft. Systeme, die beabsichtigt sind, um einen hohen Grad der menschlichen Wechselwirkung zu haben, werden gewöhnlich ein Navigationssystem genannt.

Eines der frühsten Beispiele eines wahren Leitungssystems ist, der im deutschen v-1 während des Zweiten Weltkriegs verwendet hat. Dieses System hat aus einem einfachen Gyroskop bestanden, um Kopfstück, ein Eigengeschwindigkeitssensor aufrechtzuerhalten, um zu schätzen, dass Bewegungszeit, ein Höhenmesser Höhe und andere überflüssige Systeme aufrechterhalten hat.

Ein Leitungssystem hat drei Hauptparagraphe: Eingänge, Verarbeitung und Produktionen. Die Eingangsabteilung schließt Sensoren, Kurs-Daten, Radio und Satellitenverbindungen und andere Informationsquellen ein. Die in einer Prozession gehende Abteilung, die aus einer oder mehr Zentraleinheiten zusammengesetzt ist, integriert das Daten und bestimmt das, welche Handlungen falls etwa, notwendig sind, um ein richtiges Kopfstück aufrechtzuerhalten oder zu erreichen. Das wird dann zu den Produktionen gefüttert, die den Kurs des Systems direkt betreffen können. Die Produktionen können Geschwindigkeit kontrollieren, indem sie mit Geräten wie Turbinen und Kraftstoffpumpen aufeinander gewirkt wird, oder sie können Kurs mehr direkt ändern, indem sie Querruder, Ruder oder andere Geräte antreiben.

Geschichte

Trägheitsnavigationssysteme wurden für Raketen ursprünglich entwickelt. Amerikanischer Rakete-Pionier Robert Goddard hat mit rudimentären gyroscopic Systemen experimentiert. Die Systeme von Dr Goddard sind von großem Interesse zeitgenössischen deutschen Pionieren einschließlich Wernher von Brauns gewesen. Die Systeme sind in weit verbreiteteren Gebrauch mit dem Advent des Raumfahrzeugs, der ferngelenkten Geschosse und der kommerziellen Verkehrsflugzeuge eingegangen.

US-Leitungsgeschichtszentren ungefähr 2 verschiedene Gemeinschaften. Ein vertriebener aus Caltech und NASA JPL, anderer von den deutschen Wissenschaftlern, die die frühe V2 Rakete-Leitung und MIT entwickelt haben. GN&C hat das System für V2 viele Neuerungen zur Verfügung gestellt und war die hoch entwickelteste militärische Waffe 1942 mit selbst enthaltene Leitung des geschlossenen Regelkreises. Früher V2s hat 2 Gyroskope und seitlichen Beschleunigungsmesser mit einem einfachen analogen Computer gestärkt, um den Azimut für die Rakete im Flug anzupassen. Analoge Computersignale wurden verwendet, um 4 Außenruder auf den Schwanzflossen für die Flugkontrolle zu steuern. Von Braun hat die Übergabe von 500 seiner Spitzenrakete-Wissenschaftler, zusammen mit Plänen und Testfahrzeugen zu den Amerikanern konstruiert. Sie sind ins Fort Bliss, Texas 1945 angekommen und wurden nachher zu Huntsville, Al 1950 (auch bekannt als Arsenal von Redstone) bewegt. Die Leidenschaft von Von Braun war interplanetarischer Raumflug. Jedoch haben seine enormen Führungssachkenntnisse und Erfahrung mit dem v-2 Programm ihn unschätzbar zum US-Militär gemacht. 1955 wurde die Mannschaft von Redstone ausgewählt, um Amerikas ersten Satelliten in die Bahn zu stellen, diese Gruppe am Zentrum sowohl des militärischen als auch kommerziellen Raums bringend.

Das Strahlantrieb-Laboratorium verfolgt seine Geschichte von den 1930er Jahren, als Professor von Caltech Theodore von Karman Pionierarbeit im Raketenantrieb geführt hat. Gefördert durch die Armeeartillerie 1942 würden die frühen Anstrengungen von JPL schließlich Technologien außer denjenigen der Aerodynamik und vorantreibenden Chemie einschließen. Das Ergebnis der Armeeartillerie-Anstrengung war die Antwort von JPL auf die deutsche v-2 Rakete, genannt Unteroffizier, zuerst gestartet im Mai 1947. Am 3. Dezember 1958, zwei Monate nach der Nationalen Luftfahrt und Raumfahrtbehörde (NASA) wurde durch den Kongress geschaffen, JPL wurde von der Armeerechtsprechung bis diese dieser neuen Zivilraumfahrtbehörde übertragen. Diese Verschiebung war wegen der Entwicklung der eingestellten Gruppe eines Militärs ist auf die deutsche V2 Mannschaft zurückzuführen gewesen. Folglich, 1958, NASA beginnend, sind JPL und die Mannschaft von Caltech eingestellt in erster Linie auf den unbemannten Flug geworden und haben sich weg von militärischen Anwendungen mit einigen Ausnahmen bewegt. Die Gemeinschaft, die JPL umgibt, hat enorme Neuerung im Fernmeldewesen, der interplanetarischen Erforschung und der Erdüberwachung (unter anderen Gebieten) gesteuert.

Am Anfang der 1950er Jahre hat die US-Regierung sich gegen über die Abhängigkeit von der Mannschaft von Deutschland für militärische Anwendungen isolieren wollen. Unter den Gebieten, die häuslich "entwickelt" wurden, war Raketenleitung. Am Anfang der 1950er Jahre das MIT Instrumentierungslaboratorium (später, um Charles Stark Draper Laboratory, Inc. zu werden) wurde durch die Luftwaffe Westentwicklungsabteilung gewählt, um eine geschlossene Leitungssystemunterstützung Convair in San Diego für den neuen Atlas interkontinentale ballistische Rakete zur Verfügung zu stellen. Der technische Monitor für die MIT Aufgabe war ein junger Ingenieur genannt Jim Fletcher, der später als der Verwalter von NASA gedient hat. Das Atlas-Leitungssystem sollte eine Kombination eines autonomen Systems an Bord, und ein Boden-basiertes Verfolgen und Befehl-System sein. Das war der Anfang einer philosophischen Meinungsverschiedenheit, die, in einigen Gebieten, ungelöst bleibt. Das geschlossene System hat schließlich in Anwendungen der ballistischen Rakete aus offensichtlichen Gründen vorgeherrscht. In der Raumerforschung bleibt eine Mischung der zwei.

Im Sommer 1952, Dr Richard Battin und Dr J. Halcombe ("Hal") Laning der Jüngere., erforschte rechenbetonte basierte Lösungen der Leitung als Computerwissenschaft haben begonnen, aus der analogen Annäherung zu gehen. Da Computer dieser Zeit sehr langsam waren (und Raketen sehr schnell), war es äußerst wichtig, Programme zu entwickeln, die sehr effizient waren. Dr J. Halcombe Laning, mit der Hilfe von Phil Hankins und Charlie Werner, hat Arbeit an MAC, einer algebraischen Programmiersprache für IBM 650 begonnen, der bis zum Anfang des Frühlings 1958 vollendet wurde. MAC ist das Arbeitspferd des MIT Laboratoriums geworden. MAC ist eine äußerst lesbare Sprache, die ein Drei-Linien-Format, mit dem Vektorenmatrixnotationen und mnemonische und mit einem Inhaltsverzeichnis versehene Subschriften hat. Heutige Raumfähre (STS) Sprache genannt HAL, (entwickelt von Intermetrics, Inc.) ist ein direkter Spross von MAC. Seitdem der Hauptarchitekt von HAL Jim Miller war, der co-authored mit Hal Laning ein Bericht über das MAC System, es eine angemessene Spekulation ist, dass die Raumfähre-Sprache für den alten Mentor von Jim, und nicht genannt wird, wie einige, für den elektronischen Superstar des Films von Arthur Clarke "2001-A Raumodyssee vorgeschlagen haben." (Richard Batin, AIAA 82-4075, April 1982)

Hal Laning und Richard Batin haben die anfängliche analytische Arbeit am Atlas Trägheitsleitung 1954 übernommen. Andere Schlüsselfiguren an Convair waren Charlie Bossart, der Chefingenieur, und Walter Schweidetzky, Leiter der Leitungsgruppe. Walter hatte mit Wernher von Braun an Peenemuende während des Zweiten Weltkriegs gearbeitet.

Das anfängliche "Delta"-Leitungssystem hat den Unterschied in der Position von einer Bezugsschussbahn bewertet. Eine Geschwindigkeit, die (VGO) Berechnung zu gewinnen ist, wird gemacht, die aktuelle Schussbahn mit dem Ziel zu korrigieren, VGO zur Null zu steuern. Die Mathematik dieser Annäherung war im Wesentlichen gültig, aber hat wegen der Herausforderungen in der genauen Trägheitsnavigation (z.B IMU Genauigkeit) und Analogon Rechenmacht fallen lassen. Die durch die "Delta"-Anstrengungen gesehenen Herausforderungen wurden durch "Q System" der Leitung überwunden. Die Revolution des "Q" Systems sollte die Herausforderungen der Raketenleitung binden (und hat Gleichungen der Bewegung vereinigt) in der Matrix Q. Die Q Matrix vertritt die partiellen Ableitungen der Geschwindigkeit in Bezug auf den Positionsvektoren. Ein Hauptmerkmal dieser Annäherung hat die Bestandteile des Vektor-Kreuzproduktes (v, xdv,/dt) berücksichtigt, um als die grundlegende Signal-A Rate-Technik der automatischen Kurssteuerung verwendet zu werden, die bekannt als das "Kreuzprodukt-Steuern geworden ist." Das Q-System wurde auf dem ersten Technischen Symposium auf Ballistischen Raketen präsentiert, die an Ramo-Wooldridge Corporation in Los Angeles am 21. und 22. Juni 1956 gehalten sind. "Q System" war Verschlusssache im Laufe der 1960er Jahre. Abstammungen dieser Leitung werden für heutige militärische Raketen verwendet. Die CSDL Mannschaft bleibt ein Führer in der militärischen Leitung und wird an Projekten für die meisten Abteilungen des US-Militärs beteiligt.

Am 10. August 1961 NASA Zuerkannter MIT ein Vertrag für die einleitende Designstudie einer Leitung und Navigationssystems für Apollo. (sieh Apollo Leitung an Bord, Navigation, und Regelsystem, Dave Hoag, Internationale Raumruhmeshalle-Hingabe-Konferenz in Alamogordo, N.M. Oktober 1976). Heutige Raumfähre-Leitung wird PEG4 (Angetriebene Ausführliche Leitung) genannt. Es zieht sowohl das Q System als auch die Attribute des Propheten-corrector des ursprünglichen "Delta" Systems (HAKEN-Leitung) in Betracht. Obwohl viele Aktualisierungen zum Pendelnavigationssystem im Laufe der letzten 30 Jahre stattgefunden haben (ab. GPS im OI-22 bauen), der Leitungskern von heutigem Pendelbus GN&C System hat sich wenig entwickelt. Innerhalb eines besetzten Systems gibt es eine menschliche für das Leitungssystem erforderliche Schnittstelle. Da Astronauten der Kunde für das System sind, werden viele neue Mannschaften gebildet, dass Berührung GN&C, weil es eine primäre Schnittstelle ist, um das Fahrzeug "zu fliegen". Für den Apollo und STS (Pendelsystem) hat CSDL die Leitung "entworfen", McDonnell Douglas hat die Voraussetzungen geschrieben, und IBM hat die Voraussetzungen programmiert.

Viel Systemkompliziertheit innerhalb von besetzten Systemen wird vom "Überfülle-Management" und der Unterstützung von vielfachen "Abbruch"-Drehbüchern gesteuert, die für Mannschaft-Sicherheit sorgen. Besetzter und Interplanetarischer US-Mondleitungssystemeinfluss viele derselben Leitungsneuerungen (beschrieben oben) hat sich in den 1950er Jahren entwickelt. So, während die mathematische Kernkonstruktion der Leitung ziemlich unveränderlich geblieben ist, die Möglichkeitsumgebung GN&C setzen fort sich zu entwickeln, um neue Fahrzeuge, neue Missionen und neue Hardware zu unterstützen. Das Zentrum der Vorzüglichkeit für die besetzte Leitung bleibt an MIT (CSDL) sowie dem ehemaligen McDonnell Douglas Space Systems (in Houston).

Leitungssysteme

Leitungssysteme bestehen aus 3 wesentlichen Teilen: Navigation, die aktuelle Position, Leitung verfolgt, die Einfluss-Navigationsdaten und Zielinformation zum direkten Flug kontrollieren, "wohin man", und Kontrolle geht, die Leitungsbefehle akzeptiert, Änderung in aerodynamischen und/oder Motorsteuerungen zu bewirken.

Navigation ist die Kunst der Bestimmung, wo Sie, eine Wissenschaft sind, die enormen Fokus 1711 mit dem Länge-Preis gesehen hat. Navigation hilft jeder Maß-Position von einem festen Maßstab (ab. Grenzstein, Nordstern, LORAN Leuchtfeuer), Verhältnisposition zu einem Ziel (ab. Radar, infrarot...) oder Spur-Bewegung von einer bekannten Position/Startpunkt (z.B. IMU). Heutige komplizierte Systeme verwenden vielfache Annäherungen, um aktuelle Position zu bestimmen. Zum Beispiel werden heutige fortgeschrittenste Navigationssysteme innerhalb der Antiballistischen Rakete, der RAND 161 Standardrakete 3 Einflüsse GPS, IMU und Boden-Segment-Daten in der Zunahme-Phase und Verhältnispositionsdaten für das Abschnitt-Zielen aufgenommen. Komplizierte Systeme haben normalerweise vielfache Überfülle, um Antrieb zu richten, Genauigkeit zu verbessern (ab. hinsichtlich eines Ziels), und Adresse hat Systemausfall isoliert. Navigationssysteme nehmen deshalb vielfache Eingänge von vielen verschiedenen Sensoren, die sowohl zum System inner sind als auch äußerlich sind (ab. legen Sie gestützte Aktualisierung nieder). Filter von Kalman stellt den grössten Teil der einheitlichen Methode dem Kombinieren von Navigationsdaten (von vielfachen Sensoren) zur Verfügung, um aktuelle Position aufzulösen. Beispiel-Navigationsannäherungen:

• Himmlische Navigation ist eine Positionsbefestigen-Technik, die ausgedacht wurde, um Matrosen zu helfen, die nichts sagenden Ozeane zu durchqueren, ohne sich auf das Koppeln verlassen zu müssen, um ihnen zu ermöglichen, Land zu schlagen. Himmlische Navigation verwendet winkelige Maße (Sehenswürdigkeiten) zwischen dem Horizont und einem allgemeinen himmlischen Gegenstand. Die Sonne wird meistenteils gemessen. Fachnavigatoren können den Mond, die Planeten oder einen von 57 Navigationssternen verwenden, deren Koordinaten in Seefahrtsalmanachen tabellarisiert werden. Historische Werkzeuge schließen einen Sextanten, Bewachung und Ephemeride-Daten ein. Heutige Raumfähre und der grösste Teil interplanetarischen Raumfahrzeugs, verwenden optische Systeme, um Trägheitsnavigationssysteme zu kalibrieren: Crewman Optical Alignment Sight (COAS), Sternspurenleser.
• Langstreckennavigation (LORAN): Das war der Vorgänger von GPS und war (und in einem Ausmaß ist noch) verwendet in erster Linie im kommerziellen Seetransport. Das System arbeitet durch das Triangulieren der Position des Schiffs, die auf der Richtungsverweisung auf bekannte Sender gestützt ist.
• Global Positioning System (GPS): GPS wurde vom US-Militär mit dem primären Zweck entworfen, "Antrieb" innerhalb der Trägheitsnavigation der Unterseebootgestarteten ballistischen Rakete (SLBMs) vor dem Start zu richten. GPS übersendet 2 Signaltypen: Militär und ein kommerzieller. Die Genauigkeit des militärischen Signals wird klassifiziert, aber kann angenommen werden, gut weniger als 0.5 Meter zu sein. GPS ist ein System von 24 Satelliten, die in einzigartigen Flugzeugen um 10.9-14.4 nautische Meilen über der Erde umkreisen. Die Satelliten sind in gut definierten Bahnen und übersenden hoch genaue Zeitinformation, die verwendet werden kann, um Position zu triangulieren.
• Trägheitsmaß-Einheiten (IMUs) sind das primäre Trägheitssystem, um aktuelle Position (Navigation) und Orientierung in Raketen und Flugzeug aufrechtzuerhalten. Sie sind komplizierte Maschinen mit einem oder mehr rotierenden Gyroskopen, die frei in 3 Graden der Bewegung innerhalb eines komplizierten Tragrahmen-Systems rotieren können. IMUs werden "gesponnen" und vor dem Start kalibriert. Ein Minimum von 3 getrennten IMUs ist im Platz innerhalb von den meisten komplizierten Systemen. Zusätzlich zur Verhältnisposition enthalten die IMUs Beschleunigungsmesser, die Beschleunigung in der ganzen Achse messen können. Die Positionsdaten, die mit Beschleunigungsdaten verbunden sind, stellen die notwendigen Eingänge zur Verfügung, um Bewegung eines Fahrzeugs "zu verfolgen". IMUs haben eine Tendenz, wegen der Reibung und Genauigkeit "zu treiben". Fehlerkorrektur, um diesen Antrieb zu richten, kann über Boden-Verbindungstelemetrie, GPS, Radar, optische himmlische Navigation und andere Navigationshilfe zur Verfügung gestellt werden. Wenn sie ein anderes (bewegendes) Fahrzeug ins Visier nehmen, werden Verhältnisvektoren oberst. In dieser Situation ist Navigationshilfe, die Aktualisierungen der Position hinsichtlich des Ziels zur Verfügung stellt, wichtiger. Zusätzlich zur aktuellen Position schätzen Trägheitsnavigationssysteme auch normalerweise eine vorausgesagte Position für zukünftige Rechenzyklen. Siehe auch Trägheitsnavigationssystem.
• Radar/infrarot/Laser: Diese Form der Navigation gibt Auskunft zur Leitung hinsichtlich eines bekannten Ziels, es hat beiden Bürger (ab das Rendezvous) und militärische Anwendungen.
• aktiv (verwendet eigenen Radar, um das Ziel zu illuminieren),
• passiv (entdeckt die Radaremissionen des Ziels),
• halbaktiver Radar homing,
• Infraroter homing: Diese Form der Leitung wird exklusiv für die militärische Munition, spezifisch Bord-Bord und Boden-Luftraketen verwendet. Der Sucher der Rakete führt Häuser in auf infrarot (Hitze) Unterschrift von den Motoren des Ziels (folglich der Begriff "hitzesuchende Rakete"), an
• Ultravioletter homing, der im Stechenden Insekt von 92 FIM verwendet ist - widerspenstiger zu Gegenmaßnahmen, als IR homing System
• Laserbenennung: Ein Laser designator Gerät berechnet Verhältnisposition zu einem hervorgehobenen Ziel. Die meisten sind mit dem militärischen Gebrauch der Technologie auf der Lasergeführten Bombe vertraut. Die Raumfähre-Mannschaft stärkt eine Hand gehalten an Gerät, um Information in die Rendezvous-Planung zu füttern. Die primäre Beschränkung auf dieses Gerät ist, dass es eine Gesichtslinie zwischen dem Ziel und dem designator verlangt.
• Terrain-Kontur, die (TERCOM) vergleicht. Verwendet einen Boden-Abtastungsradar, um Topografie gegen Digitalkarte-Daten "zu vergleichen", um aktuelle Position zu befestigen. Verwendet durch Marschflugkörper wie das BGM-109 Kriegsbeil.

Leitung ist der "Fahrer" eines Fahrzeugs. Es nimmt Eingang vom Navigationssystem (wo I sind), und Gebrauch, der Information ins Visier nimmt (wo tun, will ich gehen), Signale zum Flugregelsystem zu senden, das dem Fahrzeug erlauben wird, seinen Bestimmungsort (innerhalb der Betriebseinschränkungen des Fahrzeugs) zu erreichen. Die "Ziele" für Leitungssysteme sind ein oder mehr Zustandvektoren (Position und Geschwindigkeit) und können Trägheits- oder relativ sein. Während des angetriebenen Flugs berechnet Leitung ständig steuernde Richtungen für die Flugkontrolle. Zum Beispiel nimmt Raumfähre eine Höhe, Geschwindigkeitsvektoren und Gamma ins Visier, um Hauptmotorkürzung zu vertreiben. Ähnlich nimmt eine Interkontinentale ballistische Rakete auch einen Vektoren ins Visier. Die Zielvektoren werden entwickelt, um die Mission zu erfüllen, und können vorgeplant oder dynamisch geschaffen werden.

Kontrolle. Flugkontrolle wird entweder aerodynamisch oder durch angetriebene Steuerungen wie Motoren vollbracht. Leitung sendet Signale zur Flugkontrolle. Eine Digitale Automatische Kurssteuerung (DAP) ist der verbreitete Ausdruck, der verwendet ist, um die Schnittstelle zwischen Leitung und Kontrolle zu beschreiben. Leitung und der DAP sind dafür verantwortlich, die genaue Instruktion für jede Flugkontrolle zu berechnen. Der DAP stellt Feed-Back der Leitung auf dem Staat von Flugsteuerungen zur Verfügung.

Referenzen

• Eine Einführung in die Mathematik und Methoden von Astrodynamics, Verbesserte Auflage (Aiaa Ausbildungsreihe) Richard Battin, Mai 1991
• Raumleitungspersonalbericht der Evolution-A, Richard Batin, AIAA 82-4075, April 1982

Siehe auch

• Automobilnavigationssystem
• Automatische Kurssteuerung
• Rakete
• Liste von Raketen